Brownian Gleitender Durchschnitt

Die Temperatur eines Systems ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie, die Energie aufgrund der Bewegung der Partikel im System (die Unterscheidung zwischen Partikeln, Molekülen und Atomen wird in unserer Diskussion nicht wichtig sein). In den meisten Systemen ist die Energie gleich einer konstanten Zeit der Temperatur. Da eine höhere kinetische Energie eine höhere Geschwindigkeit bedeutet, ist klar, weshalb die Geschwindigkeit der Diffusion mit der Temperatur zunimmt: alles bewegt sich schneller (in der nachstehenden Formel ist E die kinetische Energie, k die Boltzmanns Konstante, die Temperatur, die Masse und die V ist die Geschwindigkeit). Ein schweres Teilchen hat eine niedrigere Geschwindigkeit für eine gegebene kinetische Energie oder Temperatur. Ein großes Teilchen interagiert mehr mit seiner Umgebung, was es verlangsamt. So diffundieren große, große Partikel langsamer als leichte, kleine. Die Umgebung (das Material, in dem das diffundierende Material eingetaucht ist) ist sehr wichtig. Die Diffusion ist am schnellsten in einem Gas (weil die Moleküle einen beträchtlichen Abstand zurücklegen können, bevor sie ein anderes Molekül treffen, und selbst dann sind sie einfach abprallen), langsamer in einer Flüssigkeit (es gibt viel Bewegung, aber alle Moleküle bleiben schwach an jeden gebunden Andere, wie sie sich bewegen), und sehr langsam oder manchmal null in einem Festkörper (weil die Kräfte zwischen Molekülen und Atomen so allgemein so groß sind, dass es nur selten einen Austauschen der Position gibt). Blick auf viele versus eins Eine gemeinsame Aufgabe ist die Bestimmung der durchschnittlichen Wert von etwas Eigentum in einem System von vielen Partikeln. Das Eigentum könnte Geschwindigkeit, Energie oder was auch immer sein. Wenn wir mit einer Computersimulation des Systems arbeiten oder versuchen, eine Formel zu berechnen, um den Mittelwert dieser Eigenschaft zu berechnen, gibt es zwei Ansätze, um diesen Durchschnitt zu erhalten: gt zu einem Zeitpunkt, schau auf die gesamte Sammlung von Partikel (das Ensemble), und berechnen den Durchschnitt der Eigenschaft von Interesse über alle Teilchen gt folgen nur ein Teilchen über eine beträchtliche Zeit und durchschnittlich die Eigenschaft dieses Teilchens über diese Zeit. Blick auf ein Teilchen: Brownian Motion Robert Brown, im Jahre 1828, berichtet, dass Pollen Körner, wenn in Wasser suspendiert und beobachtet unter dem Mikroskop, bewegt sich in einer schnellen, aber sehr unregelmäßig. In den acht Jahrzehnten zwischen seiner Beschreibung und dem Ph. D. These von Albert Einstein im Jahre 1905, spekulierten verschiedene Wissenschaftler über die Ursache dieser Bewegung. Manche dachten, die Bewegungskraft sei die Beleuchteung, um die Teilchen im Mikroskop zu sehen, einige vorgeschlagene elektrische Effekte, und einige sogar richtig vermutet, dass die thermische Bewegung, die von der kinetischen Theorie der Hitze erforderlich war, die Ursache war. Allerdings gab es keinen allgemeinen Konsens und wenig quantitatives Verständnis dieses Phänomens. Ich beobachte die Brown'sche Bewegung, wenn ich die fluoreszierenden Polystyrolperlen betrachte, die Teil der DNA-Diagnostik sind, die wir bei Genevue entwickeln. Diese Partikel haben nur 0,5 Mikrometer Durchmesser (0,0005 mm), enthalten aber über 100.000 fluoreszierende Farbstoffmoleküle und erscheinen so als sehr helle Kreise. Da ihre Dichte in der Nähe des Wassers liegt, haben sie wenig Tendenz zu sinken oder zu schwimmen, und einfach nur dort sitzen und den thermischen Tanz machen. Sie können sehen, was ich sehe, indem ich diese Java-Simulation betrachte: Können wir die Brownsche Bewegung eines einzelnen Moleküls sehen Ein Molekül ist im Allgemeinen viel kleiner als ein Polystyrol-Wulst oder ein Pollenkorn und kann daher nicht in einem gewöhnlichen Lichtmikroskop gesehen werden. In solch einem Mikroskop werden Gegenstände gesehen, weil sie etwas von dem Licht blockieren, das sie von unten beleuchtet (auf das Objekt schaut). Wenn das Objekt kleiner als 12 die Wellenlänge des Lichts ist, beseitigt die Beugung des Lichts um das Objekt den größten Teil des Schattens, den es sonst abgeben würde, und wir sehen es nicht. Wenn man aber ein Objekt durch das Licht aussendet, das es aussendet, was der Fall ist, wenn das Objekt fluoreszierend ist, macht die Brechung nicht mehr unsichtbar. So können Sie einzelne DNA-Moleküle sehen, wenn sie mit Fluoreszenzfarbstoffen komplexiert sind, obwohl sie in einem normalen Hellfeldmikroskop nicht sichtbar sind, da die Breite der DNA-Helix viel kleiner ist als die Lichtwellenlänge. So ist die Antwort auf die Frage ja. Einsteins Beitrag zu unserem Verständnis der Brownschen Bewegung und Diffusion Bevor Albert Einstein seine Aufmerksamkeit auf grundlegende Fragen der relativen Geschwindigkeit und Beschleunigung lenkte, veröffentlichte er eine Reihe von Papieren, beginnend im Jahre 1905, auf Diffusion, Viskosität und den photoelektrischen Effekt, der ihn sichergestellt hätte Ein beträchtlicher Ruf, auch wenn er nicht später die Sonder - und Allgemeinentheorien der Relativitätstheorie geschaffen hat. Seine Papiere über die Verbreitung kamen aus seiner Doktorarbeit. Die Diffusion war bis dahin ausführlich untersucht worden, wurde aber in einem vollständig phänomenalen Rahmen beschrieben. Einsteins Beiträge waren vorzuschlagen: 1. die Brownsche Bewegung der Teilchen war im Grunde das gleiche Verfahren wie die Diffusion. So können wir dieselben Gleichungen für die Brownsche Bewegung und Diffusion verwenden, obwohl wir direkt auf die Brownsche Bewegung eines großen Teilchens schauen, aber gewöhnlich die Diffusion kleiner Moleküle durch folgende Konzentrationsänderungen messen. 3. eine Formel für den Diffusionskoeffizienten einer Substanz in Form des Radius der diffundierenden Teilchen oder Moleküle und anderer bekannter Parameter: DRT 6 pi N vr R ist die Gaskonstante (8 in SI-Einheiten), T ist die absolute Temperatur ( 300 K ist Raumtemp.) Pi ist 3.14159. N ist die Anzahl der Moleküle in einem Mol (6 XE 23) v ist die Viskosität des Lösungsmittels (0,001 für Wasser in SI-Einheiten) r ist der Radius des Teilchens oder Moleküls Auswirkungen dieser Gleichungen Die experimentelle Beobachtung bestätigte die numerische Genauigkeit von Einsteins Theorie. Das bedeutet, dass wir die Brownsche Bewegung verstehen, ist nur eine Folge der gleichen thermischen Bewegung, die ein Gas ausübt, um einen Druck auf den Behälter auszuüben, der ihn begrenzt. Wir verstehen die Diffusion in bezug auf die Bewegungen der einzelnen Teilchen und können den Diffusionskoeffizienten eines Moleküls berechnen, wenn wir seine Größe (oder häufiger die Größe des Moleküls nach der experimentellen Bestimmung des Diffusionskoeffizienten) berechnen. So verbindet Einstein den makroskopischen Prozess der Diffusion mit dem mikroskopischen Konzept der thermischen Bewegung einzelner Moleküle. Nicht eine schlechte Doktorarbeit. Brownsche Bewegung vieler Teilchen ist Diffusion So können wir die Diffusion auf die gleiche Weise modellieren, wie wir die Bewegung eines einzelnen Teilchens gemacht haben, wir verwenden einfach mehr Teilchen. Im folgenden Java-Applet folgen wir 16 Objekten, wenn sie über eine Oberfläche diffundieren. Eine zweite Modifikation der Simulation ist die Überlagerung einer konstanten Abwärts-Abwärtsgeschwindigkeitsgeschwindigkeit, die auf jeden beliebigen Wert gesetzt werden kann: Während diese Simulation nur ein Spielzeug sehen kann, kann man es benutzen, um einige interessante Situationen zu studieren. Um es aber als quantitatives Werkzeug zu nutzen, benötigen Sie weitere Informationen. Berechnung der Konzentrationsänderungen bei fortschreitender Diffusion Oft sind wir nicht an der Bewegung einzelner Teilchen interessiert, sondern an Veränderungen in einem Konzentrationsprofil mit der Zeit. Die beiden Differentialgleichungen, die die Massendiffusion beschreiben, waren vor Einstein gut bekannt. Das erste Gesetz ist im wesentlichen die Definition des Diffusionskoeffizienten. Das 1. Gesetz plus Erhaltung der Masse gibt das 2. Gesetz. Und Lösungen dieser partiellen Differentialgleichung sind die aus der Diffusion resultierenden Konzentrationsprofile. Angesichts des anfänglichen Konzentrationsprofils beschreibt das 2. Gesetz, wie sich die Konzentration an jeder Position mit der Zeit ändert und damit das Konzentrationsprofil zu späteren Zeiten berechnen kann. In der Praxis kann das Finden der Lösungen des 2. Gesetzes schwierig sein. Auch bei einfachen Anfangskonzentrationen müssen die Lösungen oftmals in Form von anderen Standardgeräten ausgedrückt werden und die numerischen Werte aus Tabellen extrahiert werden. Hier geben wir Lösungen für zwei der einfachsten Fälle: 1. Bei t 0 wird das gesamte Material in einer ebenen Platte bei x 0 konzentriert, das ist willkürlich dünn (und damit die Konzentration im Blatt ist willkürlich groß). Die Lösung ist eine Gaußsche Verteilung, die im Laufe der Zeit niedriger und breiter wird. 2. Bei t 0 ist die Konzentration unterhalb der Ebene bei x 0 konstant, oberhalb der Ebene ist sie 0. Die Lösung ist ein quadratisches Profil, das Integral einer Reihe von Gaußschen Kurven, die mit der Zeit breiter wird. Diffusion unterschiedlicher Objekte Der Diffusionskoeffizient ist umgekehrt proportional zum Radius eines Teilchens oder der Würfelwurzel des Volumens. Wenn also die Masse eines sphärischen Teilchens 8-fach größer als ein anderer ist, ist sein Diffusionskoeffizient nur 2-fach kleiner. Ich habe 7 Chemikalien, Moleküle oder Gegenstände ausgewählt (die Unterscheidung zwischen diesen Begriffen ist nicht immer klar) und berechnet einen (sehr) ungefähren Radius (in nm), den Diffusionskoeffizienten (in SI-Einheiten mal 10 12) und die Zeit in Sekunden Erforderlich, um 10 Mikrometer (der Durchmesser einer typischen Tierzelle) zu diffundieren. GASEN, FLÜSSIGKEITEN UND SOLIDEN Anwendung des Partikelmodells für die drei Zustände der Materie Partikelmodelle, beschreiben, erklären, die Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen Doc Browns Chemie KS4 Wissenschaft GCSEIGCSE Revisionshinweise Vergleich der Eigenschaften von GASES, FLÜSSIGKEITEN UND SOLIDS Zustände der Materie Gasflüssigkeiten feste Revisionshinweise Teil 1 Das kinetische Partikelmodell und Beschreibung und Erläuterung der Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, Zustandsänderungen und Lösungen (Abschnitte 1a bis 3d) Sie Sollte wissen, dass die drei Zustände der Materie fest, flüssig und gas sind. Schmelzen und Einfrieren findet am Schmelzpunkt statt, Kochen und Verdichten findet am Siedepunkt statt. Die drei Zustände der Materie können durch ein einfaches Modell dargestellt werden, in dem die Teilchen durch kleine feste Kugeln dargestellt werden. Partikeltheorie kann helfen, das Schmelzen, Kochen, Einfrieren und Kondensieren zu erklären. Die Menge an Energie, die benötigt wird, um den Zustand von Festkörper zu Flüssigkeit und von Flüssigkeit zu Gas zu ändern, hängt von der Stärke der Kräfte zwischen den Teilchen der Substanz und der Natur der beteiligten Teilchen ab, hängt von der Art der Bindung und der Struktur der Substanz ab. Je stärker die Kräfte zwischen den Partikeln sind, desto höher der Schmelzpunkt und der Siedepunkt der Substanz. Für Details siehe Struktur und Bonding Notes. Der physikalische Zustand, den ein Material annimmt, hängt von seiner Struktur, Temperatur und Druck ab. Staatssymbole, die in Gleichungen verwendet werden: (g) Gas (l) flüssige (wässrige Lösung) wässrige Lösung (n) feste wässrige Lösung bedeutet etwas, das in Wasser aufgelöst ist. Die meisten Diagramme der Teilchen auf dieser Seite sind 2D-Darstellungen ihrer Struktur und ihres Zustands BEISPIELE DER DREI PHYSIKALISCHEN STAATEN VON MATTERGASEN zB Die Luftmischung um uns herum (einschließlich des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffs) und des Hochdruckdampfes im Kessel und der Zylinder der Dampflokomotive. Alle Gase in der Luft sind unsichtbar, farblos und transparent. Beachten Sie, dass der Dampf, den Sie außerhalb eines Kessels oder einer Dampflokomotive sehen, tatsächlich feine Flüssigkeitströpfchen von Wasser ist, die aus dem ausgestoßenen Dampfgas gebildet wird, das sich kondensiert, wenn es auf die kalte Luft trifft, die Zustandsänderung von Gas zu Flüssigkeit (gleiche Wirkung bei Nebel und Nebelbildung) . FLÜSSIGKEITEN z. B. Wasser ist das häufigste Beispiel, aber so sind, Milch, heiße Butter, Benzin, Öl, Quecksilber oder Alkohol in einem Thermometer. SOLIDS z. B. Stein, alle Metalle bei Raumtemperatur (außer Quecksilber), Gummi von Stiefel und die Mehrheit der physischen Gegenstände um dich herum. Tatsächlich sind die meisten Gegenstände nutzlos, es sei denn, sie haben eine feste Struktur Auf dieser Seite werden die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in Form von Struktur, Partikelbewegung (kinetische Partikeltheorie), Auswirkungen von Temperatur - und Druckänderungen und Partikelmodellen beschrieben Verwendet, um diese Eigenschaften und Eigenschaften zu erklären. Hoffentlich werden Theorie und Tatsache zusammenpassen, um den Schülern ein klares Verständnis der materiellen Welt um sie in Bezug auf Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe zu geben, die als die drei physischen Zustände der Materie bezeichnet werden. Die Zustandsänderungen, die als Schmelzen, Fixieren, Kochen, Verdampfen, Kondensieren, Verflüssigen, Einfrieren, Verfestigen, Kristallisieren bekannt sind, werden mit Partikelmodell-Bildern beschrieben und erklärt, um das Verständnis zu verstehen. Es gibt auch eine Erwähnung von mischbaren und nicht mischbaren Flüssigkeiten und erklärt die Begriffe flüchtig und Volatilität bei der Anwendung auf eine Flüssigkeit. Diese Revisionshinweise zu den Zuständen der Materie sollten sich für die neuen AQA, Edexcel und OCR GCSE (91) Chemiewissenschaftlichen Kurse als nützlich erweisen. Subindex für Teil I Abschnitte (diese Seite): 1.1. Die drei Zustände der Materie sind fest, flüssig und gas. Entweder können Schmelzen und Gefrieren am Schmelzpunkt stattfinden, während Kochen und Kondensieren am Siedepunkt stattfinden. Verdampfen kann bei jeder Temperatur von einer flüssigen Oberfläche stattfinden. Sie können die drei Zustände der Materie mit einem einfachen Partikelmodell darstellen. In diesen Modilen werden die Partikel durch kleine feste Sphären dargestellt (Elektronenstruktur wird ignoriert). Kinetische Partikeltheorie kann helfen, Zustandsänderungen wie Schmelzen, Kochen, Einfrieren und Kondensieren zu erklären. Die Energiemenge, die benötigt wird, um den Zustand von Festkörper zu Flüssigkeit oder von Flüssigkeit zu Gas zu ändern, hängt von der Stärke der Kräfte zwischen den Teilchen der Substanz ab. Diese Kräfte können relativ schwache intermolekulare Kräfte (intermolekulare Bindung) oder starke chemische Bindungen (ionisch, kovalent oder metallisch) sein. Die Art der beteiligten Teilchen hängt von der Art der chemischen Bindung und der Struktur der Substanz ab. Je stärker die Anziehungskräfte zwischen den Partikeln sind, desto höher der Schmelzpunkt und der Siedepunkt der Substanz WAS SIND DIE DREI STAATEN DER MATERIAL Die meisten Materialien können einfach als Gas, Flüssigkeit oder Feststoff beschrieben werden. WARUM SIND SIE WIE SIE WAS SIE SIND Nur zu wissen, ist nicht genug, wir brauchen eine umfassende Theorie der Gase, die ihr Verhalten erklären und Vorhersagen darüber machen können, was passiert, z. B. Wenn wir Temperatur oder Druck ändern. WIE KÖNNEN WIR ERKLÄREN, WIE SIE HABEN Wir brauchen ein theoretisches Modell, z. B. Partikel-Theorie, die durch experimentelle Beweise unterstützt wird. KANN PARTIKEL MODELLE HELFEN UNS VERSTEHEN IHRE EIGENSCHAFTEN UND EIGENSCHAFTEN WARUM IST WICHTIG, DIE EIGENSCHAFTEN VON GASEN, FLÜSSIGKEITEN UND SOLIDEN ZU KENNEN Es ist wichtig, in der chemischen Industrie über das Verhalten von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in chemischen Prozessen, z. B. Was passiert mit den verschiedenen Zuständen mit Temperatur - und Druckänderungen. Was ist die KINETISCHE PARTIKEL-THEORIE von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern Die kinetische Teilchentheorie der Zustände der Materie beruht auf der Idee aller Materialien, die als sehr sehr winzige Teilchen existieren, die einzelne Atome oder Moleküle sein können und deren Wechselwirkung auch Durch Kollision in Gasen oder Flüssigkeiten oder durch Vibration und chemische Bindung in Festkörpern. KÖNNEN WIR MACHEN, DIE AUF IHRE EIGENSCHAFTEN AUFGEFÜHRT WERDEN Diese Seite führt allgemeine physikalische Beschreibungen von Substanzen in das einfachste physikalische (nichtchemische) Klassifizierungsniveau ein, d. h. es ist ein Gas, ein flüssiger oder ein Feststoff. ABER, diese Webseite stellt auch Teilchenmodelle vor, in denen ein kleiner Kreis ein Atom oder ein Molekül darstellt, d. h. ein bestimmtes Teilchen oder eine einfachste Einheit einer Substanz. Dieser Abschnitt ist ziemlich abstrakt in einer Weise, weil Sie über Partikel reden, die Sie nicht einzeln sehen können, Sie nur das Schüttgut und seinen physischen Charakter und Eigenschaften. Gibt es BESCHRÄNKUNGEN zum Partikelmodell Die Partikel werden als einfache unelastische Sphären behandelt und verhalten sich einfach wie kleine Snooker-Kugeln, die herumfliegen, nicht ganz richtig, aber sie fliegen herum zufällig non-stop Obwohl die Partikel als harte Sphären und unelastisch angenommen werden , In Wirklichkeit sind sie alle Arten von Formen und verdrehen und beugen auf Kollision mit anderen Partikeln und wenn sie reagieren, teilen sie sich in Fragmente, wenn Bindungen brechen. Das einfache Modell nimmt keine Kräfte zwischen den Partikeln an, unwahr, das Modell berücksichtigt wenig die Kräfte zwischen den Partikeln, auch bei Gasen bekommt man sehr schwache intermolekulare Kräfte. Das Teilchenmodell berücksichtigt nicht die tatsächliche Größe der Teilchen, z. B. Ionenmoleküle können in der Grße z. B. Vergleiche ein Ethenmolekül mit einem Poly (ethen) - Molekül Die Räume zwischen den Partikeln WAS IST DER GASEOUS-STAAT DER MATERIE WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN EINES GASES WIE SIND GASEOUS PARTICLES BEHAVE Wie erklärt die kinetische Partikel-Theorie der Gase die Eigenschaften von Gasen Hat keine feste Form oder Volumen, sondern breitet sich immer aus, um jeden Behälter zu füllen - die Gasmoleküle werden in jeden verfügbaren Raum diffundieren. Es gibt fast keine Anziehungskräfte zwischen den Partikeln, so dass sie völlig frei von einander sind. Die Teilchen sind weit beabstandet und verstreut, wenn sie sich schnell zufällig im gesamten Behälter bewegen, so dass es keine Ordnung im System gibt. Die Teilchen bewegen sich linear und schnell in alle Richtungen. Und häufig zusammenstoßen und die Seite des Behälters. Die Kollision von Gaspartikeln mit der Oberfläche eines Behälters bewirkt einen Gasdruck. Wenn wir von einer Oberfläche abprallen, üben sie eine Kraft aus. Mit zunehmender temperatur Die Teilchen bewegen sich schneller, wenn sie kinetische Energie gewinnen. Erhöht sich die Kollisionsrate zwischen den Partikeln selbst und der Behälteroberfläche und dies erhöht den Gasdruck zB in einer Dampflokomotive oder das Volumen des Behälters, wenn er zB wie ein Ballon expandieren kann. Gase haben eine sehr geringe Dichte (Licht), da die Partikel im Container (Dichtemassenvolumen) so weit voneinander entfernt sind. Dichte Ordnung: feste gt Flüssigkeit gtgtgt Gase Gase fließen frei, weil es keine wirksamen Anziehungskräfte zwischen den Molekülen der gasförmigen Teilchen gibt. Einfache Strömungsreihenfolge Gase gt Flüssigkeiten gtgtgt Feststoffe (keine wirkliche Strömung in festem, wenn Sie es nicht pulverisieren) Wegen dieser Gase und Flüssigkeiten werden als Flüssigkeiten beschrieben. Gase haben keine Oberfläche. Und keine feste Form oder Volumen. Und wegen des Mangels an Partikel-Anziehung, sie immer ausbreiten und füllen jeden Container (so Gas Volumen Container Volumen). Gase werden aufgrund des leeren Raumes zwischen den Partikeln leicht komprimiert. Einfache Kompressionsordnung. Gase gtgtgt Flüssigkeiten gt Feststoffe (fast unmöglich, einen Feststoff zu komprimieren) Gasdruck Wenn ein Gas in einem Behälter eingeschlossen wird, werden die Partikel einen Gasdruck verursachen und ausüben, der in Atmosphären (atm) oder Pascal (1,0 Pa 1,0 Nm 2) gemessen wird, Druck ist Kraft, dh die Wirkung aller Kollisionen auf der Oberfläche des Behälters. Der Gasdruck wird durch die Kraft verursacht, die durch Millionen von Stößen der winzigen einzelnen Gaspartikel an den Seiten eines Behälters erzeugt wird. Wenn beispielsweise die Anzahl der gasförmigen Partikel in einem Behälter verdoppelt wird, wird der Gasdruck verdoppelt, da die Verdoppelung der Anzahl der Moleküle die Anzahl der Stöße auf der Seite des Behälters verdoppelt, so dass auch die Gesamtschlagkraft pro Flächeneinheit verdoppelt wird. Diese Verdoppelung der Partikel wirkt auf die Verdoppelung des Druckes ist in den beiden folgenden Diagrammen dargestellt. Wenn das Volumen eines versiegelten Behälters konstant gehalten wird und das Gas im Inneren auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, erhöht sich der Gasdruck. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Partikel erhitzt werden, sie kinetische Energie gewinnen und sich im Durchschnitt schneller bewegen. Deshalb kollidieren sie mit den Seiten des Behälters mit einer größeren Kraft des Aufpralls. So dass der Druck erhöht. Es gibt auch eine größere Häufigkeit der Kollision mit den Seiten des Behälters, aber dies ist ein kleiner Faktor im Vergleich zu der Wirkung der erhöhten kinetischen Energie und der Zunahme der durchschnittlichen Kraft des Aufpralls. Daher ist eine feste Menge an Gas in einem versiegelten Behälter mit konstantem Volumen, je höher die Temperatur, desto größer der Druck und je niedriger die Temperatur, desto geringer der Druck. Für Gasdrucktemperaturberechnungen siehe Teil 2 CharlessGayLussacs Gesetz Wenn sich das Behältervolumen ändern kann, erweitern sich die Gase aufgrund der fehlenden Partikelanziehung leicht auf die Erwärmung und ziehen sich beim Abkühlen leicht ab. Beim Erhitzen gewinnen Gasteilchen kinetische Energie. Schneller bewegen und die Seiten des Containers häufiger treffen. Und deutlich, sie treffen mit einer größeren Kraft. Je nach Behältersituation erhöht sich entweder der Druck oder das Volumen oder umgekehrt beim Abkühlen. Anmerkung: Es ist das Gasvolumen, das NICHT die Moleküle ausdehnt, sie bleiben gleich groß Wenn es keine Volumenbegrenzung gibt, ist die Expansion beim Erwärmen für Gase viel größer als Flüssigkeiten oder Feststoffe, da es keine signifikanten Anziehungskraft zwischen gasförmigen Partikeln gibt. Die erhöhte durchschnittliche kinetische Energie wird den Gasdruck steigen lassen, und so wird das Gas versuchen, sich im Volumen zu erweitern, wenn es z. B. Ballons in einem warmen Raum sind deutlich größer als der gleiche Ballon in einem kalten Raum Für Gasvolumentemperaturberechnungen siehe Teil 2 CharlessGayLussacs Gesetz DIFFUSION in Gases: Die natürliche schnelle und zufällige Bewegung der Partikel in alle Richtungen bedeutet, dass sich Gase leicht ausbreiten oder diffundieren. Die Nettobewegung eines bestimmten Gases wird in der Richtung von niedrigerer Konzentration zu einer höheren Konzentration, dem sogenannten Diffusionsgradienten, liegen. Die Di-Fusion fährt fort, bis die Konzentrationen im gesamten Gülle-Behälter gleichmäßig sind, aber alle Teilchen bewegen sich mit ihrer immer vorhandenen kinetischen Energie. Diffusion ist in Gasen schneller als Flüssigkeiten, wo es mehr Platz für sie gibt (nachstehend illustriert) und die Diffusion ist Vernachlässigbar in Feststoffen durch die enge Packung der Partikel. Diffusion ist verantwortlich für die Ausbreitung von Gerüchen auch ohne Luftstörung z. B. Verwendung von Parfüm, Eröffnung eines Glas Kaffee oder der Geruch von Benzin um eine Garage. Die Geschwindigkeit der Diffusion nimmt mit zunehmender Temperatur zu, da die Teilchen kinetische Energie gewinnen und sich schneller bewegen. Andere Beweise für zufällige Partikelbewegungen einschließlich Diffusion. Wenn Rauchpartikel unter einem Mikroskop betrachtet werden, scheinen sie herum zu tanzen, wenn sie mit einem Lichtstrahl bei 90 o zur Betrachtungsrichtung beleuchtet werden. Dies liegt daran, dass die Rauchpartikel durch reflektiertes Licht und Tanz aufgrund der Millionen von zufälligen Hits aus den schnell bewegten Luftmolekülen auftauchen. Dies wird als Brownsche Bewegung bezeichnet (siehe unten in Flüssigkeiten). Zu jedem gegebenen Zeitpunkt werden die Hits nicht gleich sein, so dass die Rauchpartikel ein größeres Bashing in einer zufälligen Richtung bekommen. Ein zwei gasförmiges Molekül-Diffusionsexperiment ist oben dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Ein langes Glasrohr (24 cm Durchmesser) wird an einem Ende mit einem in konz. Salzsäure, die mit einem Gummi-Spund (für Gesundheit und Sicherheit) versiegelt ist, und der Schlauch wird perfekt gehalten, in einer horizontalen Position festgeklemmt. Ein ähnlicher Stecker von conc. Ammoniak-Lösung wird am anderen Ende platziert. Die getränkten Baumwollwollstopfen geben Dämpfe von HCl bzw. NH 3 ab, und wenn das Röhrchen trotz des Mangels an Röhrenbewegung ungestört und horizontal bleibt, z. B. KEIN Schütteln, um zu mischen und die Abwesenheit der Konvektion, eine weiße Wolke bildet ungefähr 1 3 rd entlang von der conc. Salzsäure. Erläuterung: Was passiert, sind die farblosen Gase, Ammoniak und Chlorwasserstoff, diffundieren das Röhrchen und reagieren auf feine weiße Kristalle des Salzes Ammoniumchlorid. Ammoniak Chlorwasserstoff gt Ammoniumchlorid NH 3 (g) HCl (g) gt NH 4 Cl (s) Beachten Sie die Regel: Je kleiner die Molekülmasse ist, desto größer ist die durchschnittliche Geschwindigkeit der Moleküle (aber alle Gase haben die gleiche mittlere kinetische Energie Bei gleicher Temperatur). Je kleiner die molekulare Masse, desto schneller diffundiert das Gas. z. B. M r (NH 3) 14 1x3 17 Bewegt sich schneller als M r (HCl) 1 35,5 36,5 UND das ist der Grund, warum sie sich dem HCl-Ende des Röhrchens näherten. Das Experiment ist nicht nur ein Beweis für die Molekülbewegung. Es ist auch ein Beweis dafür, dass sich Moleküle unterschiedlicher Molekülmassen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Für eine mathematische Behandlung siehe Grahams Gesetz der Diffusion Ein farbiges Gas, schwerer als Luft (größere Dichte), wird in das untere Gasglas gelegt und ein zweites Gasgefäß mit geringerer Dichte farbloser Luft wird über eine mit einer Glasabdeckung getrennte Luft gelegt. Diffusionsexperimente sollten bei konstanter Temperatur eingeschlossen werden, um Störungen durch Konvektion zu minimieren. Wenn die Glasabdeckung entfernt wird, dann diffundieren die farblosen Luftgase in das gefärbte braune Gas und (ii) Brom diffundiert in die Luft. Die zufällige Partikelbewegung, die zum Mischen führt, kann nicht auf Konvektion zurückzuführen sein, weil das dichtere Gas am Boden beginnt. Es ist kein Schütteln oder andere Mischmittel erforderlich. Die zufällige Bewegung beider Lose Partikel reicht aus, um sicherzustellen, dass beide Gase schließlich durch Diffusion vollständig miteinander vermischt werden (ineinander verteilt). Dies ist ein deutlicher Beweis für die Diffusion aufgrund der zufälligen kontinuierlichen Bewegung aller Gasteilchen und anfangs die Nettobewegung eines Partikeltyps von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration (nach einem Diffusionsgradienten). Wenn es vollständig gemischt ist, wird keine weitere Farbänderungsverteilung beobachtet, aber die zufällige Partikelbewegung wird fortgesetzt Siehe auch andere Hinweise im Flüssigkeitsabschnitt nach dem Partikelmodell für das Diffusionsdiagramm unten. Ein Partikelmodell der Diffusion in Gasen. Stellen Sie sich den Diffusionsgradienten von links nach rechts vor, denn die grünen Partikel, die den blauen Partikeln auf der linken Seite hinzugefügt wurden, Für die grünen Teilchen ist die Netzmigration von links nach rechts und wird in einem versiegelten Behälter fortgesetzt, bis alle Teilchen gleichmäßig im Gasbehälter verteilt sind (wie abgebildet). Die Diffusion ist bei Gasen im Vergleich zu Liquidisierungslösungen schneller, da zwischen den Partikeln mehr Platz für andere Partikel besteht, um sich zufällig zu bewegen. Wenn ein Feststoff erhitzt wird, schwingen die Partikel stärker, da sie kinetische Energie gewinnen und die Partikel-Anziehungskräfte geschwächt werden. Irgendwann am Schmelzpunkt. Die anziehenden Kräfte sind zu schwach, um die Teilchen in der Struktur zusammen in einer geordneten Weise zu halten, und so schmilzt der Feststoff. Beachten Sie, dass die intermolekularen Kräfte noch da sind, um die Massenflüssigkeit zusammen zu halten, aber die Wirkung ist nicht stark genug, um ein geordnetes Kristallgitter eines Festkörpers zu bilden. Die Partikel werden frei, sich zu bewegen und ihre geordnete Anordnung zu verlieren. Energie wird benötigt, um die anziehenden Kräfte zu überwinden und den Partikeln eine erhöhte kinetische Energie der Vibration zu geben. So wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen und das Schmelzen ist ein endothermer Prozess (916H ve). Energieveränderungen für diese physikalischen Zustandsänderungen für eine Reihe von Stoffen werden in einem Abschnitt der Energetics Notes behandelt. Erläuterung unter Verwendung der kinetischen Partikeltheorie von Flüssigkeiten und Feststoffen Beim Abkühlen verlieren flüssige Partikel kinetische Energie und können sich dadurch stärker anziehen. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, ist die kinetische Energie der Teilchen unzureichend, um zu verhindern, daß die Teilchen-Anziehungskräfte einen Feststoff bilden. Irgendwann am Gefrierpunkt reichen die Anziehungskräfte aus, um jegliche verbleibende Bewegungsfreiheit (in Bezug auf einen Ort zum anderen) zu entfernen, und die Teilchen kommen zusammen, um die geordnete feste Anordnung zu bilden (obwohl die Teilchen noch eine kinetische Energie aufweisen Muss in die Umgebung entfernt werden, so seltsam wie es scheinen mag, das Einfrieren ist ein exothermer Prozeß (916H ve) Vergleichende Energieveränderungen der Zustandsänderungen Gas ltgt Flüssigkeit ltgt fest 2f (i) Kühlkurve Was passiert mit der Temperatur eines Stoffes Wenn es vom gasförmigen Zustand in den festen Zustand abgekühlt wird. Die Temperatur bleibt während der Zustandsänderungen der Kondensation bei der Temperatur Tc konstant und fällen sich bei der Temperatur Tf fest. Dies liegt daran, dass die gesamte Wärmeenergie beim Abkühlen bei diesen Temperaturen entfernt wird (die latente Hitze Oder Enthalpien der Zustandsänderung), ermöglicht die Verstärkung der Interpartikelkräfte (intermolekulare Bindung) ohne Temperaturabfall. Der Wärmeverlust wird durch die exotherme erhöhte intermolekulare Kraftanziehung kompensiert. Zwischen den horizontalen Zustandsänderungsabschnitten des Graphen sehen Sie, dass die Energieentfernung die kinetische Energie der Teilchen verringert und die Temperatur der Substanz verringert. Siehe Abschnitt 2. für eine detaillierte Beschreibung der Zustandsänderungen. Eine Abkühlkurve fasst die Änderungen zusammen: Für jede Zustandsänderung muss Energie entfernt werden. Bekannt als die latente Hitze. Die tatsächlichen Energiewerte für diese physikalischen Zustandsänderungen für eine Reihe von Stoffen werden in den Energetics Notes näher erläutert. 2f (ii) Heizkurve. Was geschieht mit der Temperatur eines Stoffes, wenn es vom festen Zustand in den gasförmigen Zustand erwärmt wird, so ist die Temperatur während der Zustandsänderungen des Schmelzens bei der Temperatur Tm konstant und bei der Temperatur Tb siedet. Dies ist der Fall, weil die gesamte Energie, die bei diesen Temperaturen (die latenten Hitze oder Enthalpien der Zustandsänderung) absorbiert wird, in die Schwächung der Interpartikelkräfte (intermolekulare Bindung) ohne Temperaturanstieg eindringt. Die Wärmegewinnung ist gleichbedeutend mit der endothermischen, absorbierten Energie, die erforderlich ist, um die intermolekularen Kräfte zu reduzieren . Zwischen den horizontalen Zustandsänderungsabschnitten des Graphen sehen Sie, dass der Energieeintrag die kinetische Energie der Partikel erhöht und die Temperatur der Substanz erhöht. Siehe Abschnitt 2. für eine detaillierte Beschreibung der Zustandsänderungen. Eine Heizkurve fasst die Änderungen zusammen: Für jede Zustandsänderung muss Energie addiert werden. Bekannt als die latente Hitze. Die tatsächlichen Energiewerte für diese physikalischen Zustandsänderungen für eine Reihe von Stoffen werden in den Energetics Notes näher erläutert. SPEZIFISCHE LATENTWÄRME Die latente Hitze für den Zustand ändert feste ltgt Flüssigkeit heißt die spezifische latente Schmelzwärme (zum Schmelzen oder Einfrieren). Die latente Hitze für den Zustand ändert sich flüssiges ltgt Gas wird die spezifische latente Verdampfungswärme genannt (zum Verdichten, Verdampfen oder Kochen) Für mehr auf latente Hitze siehe meine Physik Hinweise auf spezifische Latentwärme Erläuterung mit der kinetischen Partikeltheorie von Gasen und Feststoffen Ist, wenn ein Festkörper, beim Erwärmen, direkt in ein Gas ohne Schmelzen übergeht, UND das Gas beim Abkühlen reformiert einen Feststoff direkt, ohne zu einer Flüssigkeit zu kondensieren. Sublimation in der Regel nur eine physische Veränderung, aber es ist nicht immer so einfach (siehe Ammoniumchlorid). Theorie in Form von Partikeln. Wenn der Feststoff erwärmt wird, schwingen die Teilchen mit zunehmender Kraft aus der zugegebenen Wärmeenergie. Wenn die Partikel genügend kinetische Energie der Vibration haben, um die Partikelpartikel-Anziehungskräfte teilweise zu überwinden, würden Sie erwarten, dass der Feststoff schmelzt. Jedenfalls, wenn die Partikel an dieser Stelle genug Energie an dieser Stelle haben, die zum Kochen geführt hätte, wird sich die Flüssigkeit nicht bilden und der Feststoff wird direkt in ein Gas umgewandelt. Gesamt endotherme Veränderung. Energie absorbiert und in das System aufgenommen. Beim Abkühlen bewegen sich die Teilchen langsamer und haben weniger kinetische Energie. Schließlich, wenn die kinetische Energie der Teilchen niedrig genug ist, wird es den Partikelpartikel-Anziehungskräften ermöglichen, eine Flüssigkeit zu erzeugen. ABER die Energie kann niedrig genug sein, um eine direkte Bildung des Festkörpers zu ermöglichen, d. h. die Teilchen haben NICHT genug kinetische Energie, um einen flüssigen Zustand aufrechtzuerhalten. Insgesamt exotherme Veränderung. Energie freigesetzt und in die Umgebung gegeben. Sogar bei Raumtemperatur-Flaschen feste Iod-Show-Kristalle bilden sich am oberen Ende der Flasche über dem Feststoff. The warmer the laboratory, the more crystals form when it cools down at night If you gently heat iodine in a test tube you see the iodine readily sublime and recrystallise on the cooler surface near the top of the test tube. The formation of a particular form of frost involves the direct freezing of water vapour (gas). Frost can also evaporate directly back to water vapour (gas) and this happens in the dry and extremely cold winters of the Gobi Desert on a sunny day. H 2 O (s) H 2 O (g) (physical change only) Solid carbon dioxide (dry ice) is formed on cooling the gas down to less than 78 o C. On warming it changes directly to a very cold gas. condensing any water vapour in the air to a mist, hence its use in stage effects. CO 2 (s) CO 2 (g) (physical change only) On heating strongly in a test tube, white solid ammonium chloride . decomposes into a mixture of two colourless gases ammonia and hydrogen chloride. On cooling the reaction is reversed and solid ammonium chloride reforms at the cooler top surface of the test tube. Ammonium chloride heat energy ammonia hydrogen chloride T his involves both chemical and physical changes and is so is more complicated than examples 1. to 3. In fact the ionic ammonium chloride crystals change into covalent ammonia and hydrogen chloride gases which are naturally far more volatile (covalent substances generally have much lower melting and boiling points than ionic substances). The liquid particle picture does not figure here, but the other models fully apply apart from state changes involving liquid formation. GAS particle model and SOLID particle model links. PLEASE NOTE, At a higher level of study . you need to study the gls phase diagram for water and the vapour pressure curve of ice at particular temperatures . For example, if the ambient vapour pressure is less than the equilibrium vapour pressure at the temperature of the ice, sublimation can readily take place. The snow and ice in the colder regions of the Gobi Desert do not melt in the Sun, they just slowly sublimely disappear 2 h. More on the heat changes in physical changes of state Changes of physical state i. e. gas ltgt liquid ltgt solid are also accompanied by energy changes. To melt a solid, or boilevaporate a liquid, heat energy must be absorbed or taken in from the surroundings, so these are endothermic energy changes. The system is heated to effect these changes. To condense a gas, or freeze a solid, heat energy must be removed or given out to the surroundings, so these are exothermic energy changes. The system is cooled to effect these changes. Generally speaking, the greater the forces between the particles, the greater the energy needed to effect the state change AND the higher the melting point and boiling point. A comparison of energy needed to melt or boil different types of substance (This is more for advanced level students) The heat energy change involved in a state change can be expressed in kJmol of substance for a fair comparison. In the table below 916H melt is the energy needed to melt 1 mole of the substance (formula mass in g). 916H vap is the energy needed to vaporise by evaporation or boiling 1 mole of the substance (formula mass in g). For simple small covalent molecules, the energy absorbed by the material is relatively small to melt or vaporise the substance and the bigger the molecule the greater the intermolecular forces. These forces are weak compared to the chemical bonds holding atoms together in a molecule itself. Relatively low energies are needed to melt or vapourise them. These substances have relatively low melting points and boiling points. For strongly bonded 3D networks e. g. (iii) and a metal lattice of ions and free outer electrons ( m etallic bonding ), the structures are much stronger in a continuous way because of the continuous chemical bonding throughout the structure. Consequently, much greater energies are required to melt or vaporise the material. This is why they have so much higher melting points and boiling points. Type of bonding, structure and attractive forces operating Melting point K (Kelvin) o C 273 Energy needed to melt substance Boiling point K (Kelvin) o C 273 Energy needed to boil substance 3a. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN A SOLID DISSOLVES IN A LIQUID SOLVENT What do the words SOLVENT, SOLUTE and SOLUTION mean When a solid (the solute ) dissolves in a liquid (the solvent ) the resulting mixture is called a solution . In general: solute solvent gt solution So, the solute is what dissolves in a solvent, a solvent is a liquid that dissolves things and the solution is the result of dissolving something in a solvent. The solid loses all its regular structure and the individual solid particles (molecules or ions) are now completely free from each other and randomly mix with the original liquid particles, and all particles can move around at random. This describes salt dissolving in water, sugar dissolving in tea or wax dissolving in a hydrocarbon solvent like white spirit. It does not usually involve a chemical reaction, so it is generally an example of a physical change . Whatever the changes in volume of the solid liquid, compared to the final solution, the Law of Conservation of Mass still applies. This means: mass of solid solute mass of liquid solvent mass of solution after mixing and dissolving. You cannot create mass or lose mass . but just change the mass of substances into another form. If the solvent is evaporated . then the solid is reformed e. g. if a salt solution is left out for a long time or gently heated to speed things up, eventually salt crystals form, the process is called crystallisation . 3b. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN TWO LIQUIDS COMPLETELY MIX WITH EACH OTHER WHAT DOES THE WORD MISCIBLE MEAN Using the particle model to explain miscible liquids. If two liquids completely mix in terms of their particles, they are called miscible liquids because they fully dissolve in each other. This is shown in the diagram below where the particles completely mix and move at random. The process can be reversed by fractional distillation . 3c. WHAT HAPPENS TO PARTICLES WHEN TWO LIQUIDS DO NOT MIX WITH EACH OTHER WHAT DOES THE WORD IMMISCIBLE MEAN WHY DO THE LIQUIDS NOT MIX Using the particle model to explain immiscible liquids. If the two liquids do NOT mix . they form two separate layers and are known as immiscible liquids, illustrated in the diagram below where the lower purple liquid will be more dense than the upper layer of the green liquid. You can separate these two liquids using a separating funnel . The reason for this is that the interaction between the molecules of one of the liquids alone is stronger than the interaction between the two different molecules of the different liquids. For example, the force of attraction between water molecules is much greater than either oiloil molecules or oilwater molecules, so two separate layers form because the water molecules, in terms of energy change, are favoured by sticking together. 3d. How a separating funnel is used 1. The mixture is put in the separating funnel with the stopper on and the tap closed and the layers left to settle out. 2. The stopper is removed, and the tap is opened so that you can carefully run the lower grey layer off first into a beaker. 3. The tap is then closed again, leaving behind the upper yellow layer liquid, so separating the two immiscible liquids. Appendix 1 some SIMPLE particle pictures of ELEMENTS, COMPOUNDS and MIXTURES GCSEIGCSE multiple choice QUIZ on states of matter gases, liquids amp solids Some easy basic exercises from KS3 science QCA 7G quotParticle model of solids, liquids and gasesquot Multiple Choice Questions for Science revision on gases, liquids and solids particle models, properties, explaining the differences between them. See also for gas calculations gcse chemistry revision free detailed notes on states of matter to help revise igcse chemistry igcse chemistry revision notes on states of matter O level chemistry revision free detailed notes on states of matter to help revise gcse chemistry free detailed notes on states of matter to help revise O level chemistry free online website to help revise states of matter for gcse chemistry free online website to help revise states of matter for igcse chemistry free online website to help revise O level states of matter chemistry how to succeed in questions on states of matter for gcse chemistry how to succeed at igcse chemistry how to succeed at O level chemistry a good website for free questions on states of matter to help to pass gcse chemistry questions on states of matter a good website for free help to pass igcse chemistry with revision notes on states of matter a good website for free help to pass O level chemistry what are the three states of matter draw a diagram of the particle model diagram of a gas, particle theory of a gas, draw a particle model diagram of a liquid, particle theory of a liquid, draw a particle model diagram of a solid, particle theory of a solid, what is diffusion why can you have diffusion in gases and liquids but not in solids what are the limitations of the particle model of a gas liquid or solid how to use the particle model to explain the properties of a gas, what causes gas pressure how to use the particle model to explain the properties of a solid, how to use the particle model to explain the properties of a solid, why is a gas easily compressed but difficult to compress a liquid or solid how do we use the particle model to explain changes of state explaining melting with the particle model, explaining boiling with the particle model, explaining evaporation using the particle model, explaining condensing using the particle model, explaining freezing with the particle model, how do you read a thermometer working out the state of a substance at a particular temperature given its melting point and boiling point, how to draw a cooling curve, how to draw a heating curve, how to explain heatingcooling curves in terms of state changes and latent heat, what is sublimation what substances sublime explaining endothermic and exothermic energy changes of state, using the particle model to explain miscible and immiscible liquids GASES, LIQUIDS, SOLIDS, States of Matter, particle models, theory of state changes, melting, boiling, evaporation, condensing, freezing, solidifying, cooling curves, 1.1 Three states of matter: 1.1a gases, 1.1b liquids, 1.1c solids 2. State changes: 2a evaporation and boiling, 2b condensation, 2c distillation, 2d melting, 2e freezing, 2f cooling and heating curves and relative energy changes, 2g sublimation 3. Dissolving, solutions. miscibleimmiscible liquids Boiling Boiling point Brownian motion Changes of state Condensing Cooling curve Diffusion Dissolving Evaporation Freezing Freezing point Gas particle picture Heating curve Liquid particle picture Melting Melting point miscibleimmiscible liquids Properties of gases Properties of liquids Properties of solids solutions sublimation Solid particle picture GCSEIGCSE multiple choice QUIZ on states of matter gases liquids solids practice revision questions Revision notes on particle models and properties of gases, liquids and solids KS4 Science GCSEIGCSEO level Chemistry Information on particle models and properties of gases, liquids and solids for revising for AQA GCSE Science, Edexcel Science chemistry IGCSE Chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids OCR 21st Century Science, OCR Gateway Science notes on particle models and properties of gases, liquids and solids WJEC gcse science chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids CIE O Level chemistry CIE IGCSE chemistry notes on particle models and properties of gases, liquids and solids CCEACEA gcse science chemistry (revise courses equal to US grade 8, grade 9 grade 10) science chemistry courses revision guides explanation chemical equations for particle models and properties of gases, liquids and solids educational videos on particle models and properties of gases, liquids and solids guidebooks for revising particle models and properties of gases, liquids and solids textbooks on particle models and properties of gases, liquids and solids state changes amp particle model for AQA AS chemistry, state changes amp particle model for Edexcel A level AS chemistry, state changes amp particle model for A level OCR AS chemistry A, state changes amp particle model for OCR Salters AS chemistry B, state changes amp particle model for AQA A level chemistry, state changes amp particle model for A level Edexcel A level chemistry, state changes amp particle model for OCR A level chemistry A, state changes amp particle model for A level OCR Salters A level chemistry B state changes amp particle model for US Honours grade 11 grade 12 state changes amp particle model for pre-university chemistry courses pre-university A level revision notes for state changes amp particle model A level guide notes on state changes amp particle model for schools colleges academies science course tutors images pictures diagrams for state changes amp particle model A level chemistry revision notes on state changes amp particle model for revising module topics notes to help on understanding of state changes amp particle model university courses in science careers in science jobs in the industry laboratory assistant apprenticeships technical internships USA US grade 11 grade 11 AQA A level chemistry notes on state changes amp particle model Edexcel A level chemistry notes on state changes amp particle model for OCR A level chemistry notes WJEC A level chemistry notes on state changes amp particle model CCEACEA A level chemistry notes on state changes amp particle model for university entrance examinations describe some limitations of the particle model for gases, liquids and solidsBrownian motion Brownian motion is the continuous random motion of microscopic particles when suspended in a fluid medium. Brownian motion was first observed (1827) by the Scottish botanist Robert Brown (177382111858) when studying pollen grains in water. The effect was finally explained in 1905 by Albert Einstein. who realized it was caused by water molecules colliding randomly with the particles. Over a century later, Brownian motion can still cause problems for scientists trying to study small biological particles in solution, because they move around too much. The kinetic theory of gases The kinetic theory of gases makes the assumption that molecules are hard, perfectly elastic little spheres, much like steel ball-bearings 8211 except that these are not perfectly elastic. There are about 26 million trillion such molecules to a cubic centimeter of air. They move around rapidly and chaotically, and their energy of motion or kinetic energy is proportional to what a thermometer measures as the temperature of the gas. The gas molecules communicate their energy to the molecules of mercury in the thermometer and the higher energy mercury molecules then take up more space. Gases are heated up by bringing a bunch of faster moving molecules 8211 (i. e. a gas at a higher temperature) and letting them loose among the more sluggish ones. The sluggish molecules are speeded up when they are bombarded by fast moving ones. In doing so the fast moving molecules are slowed down a little, and the average kinetic energy of the two gases becomes the same, i. e. they come to be at the same temperature, somewhere between the two temperatures. When one of the molecular bullets hits the wall of a container it exerts a force on the wall 8211 exactly as a ball thrown at an open door exerts a force and will slightly move it. All the rebounds of the molecules add together and make up the pressure of the gas. If the volume of the vessel containing the gas is halved the number of impacts per second will be doubled, so the pressure will also double. This is the explanation of Boyles law which states that pressure 215 volume constant. If no heat was lost to the outside, the motions of all the molecules would continue because they are perfectly elastic and they do not lose any energy by collision. Ball bearings or billiard balls set flying about on a billiard table quickly lose their energy because of friction and also because they are not nearly elastic enough to keep going. Though at any instant the speeds, and consequently the energies, of the molecules will be different, their average energies taken over a period of time must be the same. This is called the equipartition of energy . No single molecule could retain a large amount of energy for any length of time as it would suffer too many collisions. Since kinetic energy equals 189 mass 215 (velocity) 2 heavier molecules with equal energies must have slower speeds since they have a larger mass. A small particle such as a smoke particles floating about in the gas will be bombarded in every direction by the molecular bullets. This particle will behave exactly as if it was a very large molecule. It will move around just like the other molecules. Its energy will be neither less than, nor greater than the energy of the molecules around it, but will be equal to their average kinetic energy in accordance with the equipartition of energy. The molecules are light and move very fast. The particle is heavy, so in order to have the same average kinetic energy it must move relatively slowly. Its motion is a slow moving version of the molecular world. The movement of particles like this surrounded by rapidly moving molecules in gases or liquids are Brownian motion or Brownian movement. Discovery of Brownian motion In 1829, the Scottish botanist Robert Brown noticed tiny pollen grains in water moving around in a completely disordered fashion, tracing out a path like a drunkards walk. He was very surprised and thought that here might be the basis of life. But tiny pieces of mica in water sealed up in rocks for millions of years also behaved similarly 8211 these could hardly be alive, so the idea was dropped. It took a long time 8211 about 50 years 8211 for scientists to realize the origin of Brownian motion and to be convinced that they showed the ideas of the kinetic theory and the reality of molecules. In 1905 Albert Einstein worked out the theory of Brownian motion and Avogadros number. which is a measure of the actual number of molecules present in a gram-molecule of a substance, was determined from Brownian motion. Brownian motion of smoke particles Brownian motion occurs in liquids and gases because of the random motion of the molecules. In gases, Brownian motion is best observed by illuminating from the side under a microscope a shallow box containing smoke. A dark background is put behind the box. The illuminated smoke particles seen as bright spots of light execute a zigzag walk against the dark background. The smoke particles have smaller diameters than the wavelength of light but they can easily be seen as they scatter light into a diffraction halo. There are two sorts of Brownian motions of the smoke particles. The more easily observed movement is that in which the particles are knocked from place to place. There is a second type of motion more difficult to observe, in which large particles, which have some mark on them, are found to be turned through different angles by the impact of the molecules. This is called rotational Brownian motion . Related entry Related categories